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基于单片机的静脉输液监视器工程实现
谢春思1,李军玲 2,董受全1
(1. 大连舰艇学院,辽宁大连 1160182;
2. 大连大学,辽宁大连 116622)

摘要:采用单片机技术、3 点中值滤波去干扰算法和波形的柔化处理方法,在工程上研制了
实现基于单片机技术医用静脉输液监视器。在临床上具有操作简便,反应快,稳定性好、抗
干扰性能好等特点。
关键词:单片机;输液监视器;干扰算法
中图分类号:TP216;文献标识码:A

引言
静脉输液是临床常用的重要治疗手段,是利用液体静压原理与大气压的作用使液体下
滴,将大量灭菌药液直接滴入静脉内,从而达到治疗目的。目前,人们进行静脉点滴输液时,
对点滴速的测量主要是由注射护士人工记数约 10 至 15 秒,然后换算成 1 分钟的滴数,因人
工估算误差较大。采用单片机控制的医用静脉输液监视器,对滴速具有持续监控观察且自动
刷新显示,在临床操作上,具有实用方便、操作简单、重量轻、体积小、耗电少等显著特点。

1 系统方案与硬件实现
尽管红外、超声、电磁等其他传感器灵敏度高,但系统复杂度和造价也呈数倍甚至数十
倍地增长,为了达到最佳性价比以及有效数据精度范围的要求,采用光电方式完成信号采集。
在不必考虑散热条件下,采用低功耗元件,热量很低,体积很小,便于携带。几点合理假设:
假设 1:所有的点滴注射管形状相差不大,滴液管口口径一致。
假设 2:不同滴管中,滴液的直径在垂直方向≥,水平方向基本一致。
假设 3:滴速不超过 600 滴/分钟,即滴速≤10 滴/秒。
理论计算
两个点滴液的时间间隔>100ms,每个点滴液经过采集探头的时间>,当采样时间
间隔选为 1ms 时,则每个点滴液经过时至少会采集到 3 个数据。
当点滴液经过探头时,经 22kΩ电阻的电流电压转变,产生的电压变化至少是电源电压
的 2%(实测结果)。采用 8bit 量化,每个量化阶为电源电压的 %,即量化后的变化为 5,
经过中值算法计算,保证当光电器件的精度较差(误差在 10%左右)时,也可识别出点滴液。
器件选择
①考虑到弱光线可能会穿透管壁,因此选择对光源影响不敏感的红光发光二极管器件。
从上面计算已知,液滴经过探头时间为毫秒量级,选择敏感器件时必须保证其光强度的变化
频率至少在千赫兹以上,比较可知,不能选用响应频率较低的光敏电阻(其响应频率仅几十
至几百赫兹),而光电晶体管的响应频率较高(其响应带宽可达数十千赫兹至数兆赫兹),因
此,系统采用光电晶体管作为敏感元件。
②为了保证单片机完成正确的点滴液判断,模数转化器必须保证数据精度,同时数模转
换时间也应有足够的采样频率和不影响数码管的刷新,因此模数转化器选用 ADC0804。
ADC0804 自带采样保持电路,有 8bit 量阶,转换时间 115μs,满足精度需求,且成本低。
③单片机在数值计算上应至少有 14 个 I/O 端口和定时器中断功能。选择 AT89C2051,它
的端口 1 可以直接驱动数码管显示数据,能有效简化设计。
1. 3 工作原理
大连舰艇学院科研发展基金资助
项目,编号为 FZ0301810